串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車電機(jī)控制系統(tǒng)探析

徐啟端

摘 要：本文圍繞串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車電機(jī)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵問題進(jìn)行分析與探討，首先從弱電部分、強(qiáng)電部分兩個(gè)方面著手，就電機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)，然后對(duì)電機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行分析，僅供參考。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車;混合動(dòng)力;電機(jī)控制系統(tǒng)

1 電機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1 弱電部分

對(duì)于串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車而言，弱電部分所需要實(shí)現(xiàn)的功能包括邏輯運(yùn)算、外部接口以及供電模塊提供這三個(gè)方面。根據(jù)功能可以將模塊劃分為電源、接口驅(qū)動(dòng)、以及微處理器這三個(gè)部分。微處理器的部分選用MCS96單片機(jī)，系統(tǒng)搭載CAN總線以及RS232總線提供通信結(jié)構(gòu)支持，CAN控制器選用協(xié)議SJA1000系列，以滿足基于CAN總線的局域網(wǎng)控制功能（整套局域網(wǎng)由顯示器、變速箱裝置、電池管理系統(tǒng)、電池控制器、以及整車控制器這幾個(gè)部分構(gòu)成）。除此以外，有關(guān)驅(qū)動(dòng)控制單元的硬件設(shè)計(jì)會(huì)直接對(duì)電動(dòng)汽車的行駛安全性以及能源利用效率產(chǎn)生影響，因此設(shè)計(jì)過(guò)程中必須高度關(guān)注對(duì)邏輯信號(hào)的處理問題，通過(guò)CPLD可編程邏輯器件與處理器相協(xié)調(diào)的方式，確?？刂瓢踩?，芯片上選擇XC9572系列低功耗快閃存芯片，并打造VHDL語(yǔ)言編寫實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算、地址譯碼、以及數(shù)據(jù)總線等相關(guān)功能。

1.2 強(qiáng)電部分

對(duì)于串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車而言，電機(jī)控制系統(tǒng)強(qiáng)電部分的基本工作原理如下圖（見圖1）所示。結(jié)合圖1，1#以及4#接觸器裝置均屬于基于主回路的電源控制器裝置，搭載統(tǒng)一信號(hào)實(shí)現(xiàn)控制指令。2#、3#接觸器裝置具備勵(lì)磁輸出控制功能，搭載兩組信號(hào)滿足獨(dú)立控制功能需求。5#接觸器裝置為基于電樞回路輸出端的控制裝置?；趧?lì)磁回路系統(tǒng)信號(hào)滿足電動(dòng)汽車檔位調(diào)節(jié)的基本工作原理可以概括為：在空擋運(yùn)行狀態(tài)下，無(wú)電流流經(jīng)勵(lì)磁繞組。當(dāng)電動(dòng)汽車檔位切換至前進(jìn)擋的工況下，勵(lì)磁電路中會(huì)生成與之對(duì)應(yīng)的前進(jìn)邏輯信號(hào)，并導(dǎo)致E2接觸片切換至常開狀態(tài)，E21接觸點(diǎn)切換至閉合狀態(tài)，E22常閉觸點(diǎn)切換至斷開狀態(tài)。當(dāng)電動(dòng)汽車檔位切換至后退檔的工況下，通過(guò)對(duì)后退邏輯信號(hào)的響應(yīng)，導(dǎo)致E2接觸片回落至常態(tài)，E32常閉觸點(diǎn)自聯(lián)通調(diào)整至斷開模式。在此過(guò)程當(dāng)中，通過(guò)調(diào)節(jié)接觸器裝置通斷性能的方式，實(shí)現(xiàn)控制勵(lì)磁電流方向的目的，支持電機(jī)轉(zhuǎn)向調(diào)節(jié)功能的實(shí)現(xiàn)，在此基礎(chǔ)之上滿足電動(dòng)汽車前進(jìn)/后退的狀態(tài)需求。在此過(guò)程當(dāng)中，為確保電動(dòng)汽車掛擋動(dòng)作的可靠性，對(duì)電機(jī)勵(lì)磁電流大小的調(diào)節(jié)可以通過(guò)控制功率晶體管裝置所對(duì)應(yīng)GTR導(dǎo)通占空比的方式實(shí)現(xiàn)。與此同時(shí)，電樞回路電流大小的調(diào)節(jié)可以基于對(duì)絕緣柵雙極型晶體管裝置所對(duì)應(yīng)導(dǎo)通占空比進(jìn)行調(diào)節(jié)的方式予以滿足。在IGBT處于關(guān)斷狀態(tài)的情況下，搭載續(xù)流二極管D5確保電機(jī)處于較為平穩(wěn)的運(yùn)行狀態(tài)下。

2 電機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車電機(jī)控制系統(tǒng)軟件部分程序編寫基于與MCS96系列相匹配的單片機(jī)語(yǔ)言C196實(shí)現(xiàn)，可支持包括控制信號(hào)輸出、中斷函數(shù)處理、以及系統(tǒng)初始化操作等一系列功能的實(shí)現(xiàn)。

在系統(tǒng)初始化環(huán)節(jié)中，通過(guò)對(duì)電機(jī)控制系統(tǒng)程序相關(guān)控制參數(shù)初始值進(jìn)行設(shè)置的方式，確保系統(tǒng)串口通信以及中斷功能的可靠實(shí)現(xiàn)。完成參數(shù)設(shè)置后開啟中斷并等待系統(tǒng)響應(yīng)。此過(guò)程中所涉及到的中斷處理內(nèi)容包括CAN總線中斷、檔位變化中斷、HS0中斷、以及串口接收數(shù)據(jù)中斷這幾個(gè)方面。特別需要注意的一點(diǎn)是，驅(qū)動(dòng)控制功能實(shí)現(xiàn)會(huì)直接受到檔位信號(hào)變化的影響，在信號(hào)調(diào)整的過(guò)程當(dāng)中，電機(jī)控制系統(tǒng)中CPLD會(huì)生成與之相對(duì)應(yīng)的信號(hào)跳變，可以搭載80C196KC進(jìn)行非可屏蔽終端處理的方式，及時(shí)響應(yīng)電機(jī)控制系統(tǒng)中的相關(guān)檔位信號(hào)，以免因切換檔位而對(duì)電機(jī)控制系統(tǒng)的運(yùn)行產(chǎn)生不良影響。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文上述分析中嘗試圍繞串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車電機(jī)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵問題進(jìn)行分析與探討，首先從弱電部分、強(qiáng)電部分兩個(gè)方面著手，對(duì)串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車電機(jī)控制系統(tǒng)的硬件電路進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，對(duì)解決強(qiáng)弱電隔離以及高壓強(qiáng)流檢測(cè)控制問題有重要意義，可以以臺(tái)架為基礎(chǔ)滿足驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)調(diào)試功能的實(shí)現(xiàn)。通過(guò)對(duì)后續(xù)分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的驗(yàn)證，確保了電機(jī)控制系統(tǒng)輔助動(dòng)力可行性以及有效性，對(duì)于多能源動(dòng)力總成控制而言有非常積極的輔助意義與價(jià)值。

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